Till innehåll på sidan

Application of Wastes from Pulp and Paper Industries for steelmaking Processes

Tid: To 2021-06-10 kl 10.00

Plats: Publikt via ZOOM, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Tova Jarnerud , Materialvetenskap

Opponent: Prof. Em. Carl-Erik Grip, Luleå tekniska universitet

Handledare: Docent Andrey Karasev, Processer; Professor Pär Jönsson, Processer

Exportera till kalender

Abstract

Under senare år har stora ansträngningar gjorts för att utveckla den cirkulära ekonomin. Ambitionen att återanvända, renovera och återvinna material är av stor vikt för att etablera ett hållbart samhälle. Ett utökat livsspann på material hjälper till att minska mängden avfall som hamnar på deponier, samt att minska utvinningen av naturtillgångar. Pappers- och massa industrin och stålindustrin är två av de största basindustrierna och viktiga exportsektorer i Sverige. Pappers- och massa industrin genererar stora mängder organiskt och oorganiskt avfall varje år, varav en stor del förvaras i deponier. Att deponera avfall blir svårare och dyrare på grund av hårdare regler och miljökrav. Vid tillverkning av rostfritt stål i ljusbågsugnar (EAF) och Argon Oxygen Decarburization (AOD) konvertrar används bränd kalk (primärkalk) tillsammans med andra slaggbildare för att få rätt basicitet i slaggen och för att rena stålet från oönskade ämnen genom kemiska reaktioner mellan slagg och stålsmälta. Vid framställning av råjärn i en masugn chargeras kol i form av koks och injicerat kolpulver för att ge smältvärme till järnmalmen och för att reducera järnoxiderna till järn genom att separera järn och syre. Användningen av primärkalk och fossilt kol gynnar inte den cirkulära ekonomi som eftersträvas idag. Dock kan ett antal CaO-innehållande avfall från pappers- och massabruk användas som slaggbildare i ståltillverkningsprocessen, och för att neutralisera och rena surt avfallsvatten från betningsprocessen på ett stålverk som ersättning för denprimära kalk som används idag. Vidare kan några kolrika organiska slam uppgraderas till hydrochar och delvis ersätta fossilt kol i masugnar. Det här är en inledande studie för att undersöka möjligheten att ersättaprimärkalk med återvunnen kalk från pappers- och massaproduktionen som slaggbildare i ljusbågsugns- och konverterprocesserna, och för att neutralisera surt avfallsvatten, samt att använda hydrochar från organiska slam som kolkälla i masugnar. Resultaten visar att det är möjligt att använda upp till 30% CaO från återvunnen kalk som ersättning för primärkalk i ljusbågsugn. Dessutom kan mängden tillsatt ferrokisel minskas med upp till 3 kg/ton stål. I konverterprocessen har användning av återvunnen kalk inte visat några negativa effekter på kolfärskningen eller reduktionsprocessen, och den har motsvarande avsvavlingsfunktion som den primära kalken. Fosforhalten (P) i metallen ökades något, och möjligheten att ersätta primärkalken med återvunnen kalk kommer att begränsas av hur mycket P som kan tillåtas i stålet på grund av det högre P-innehållet i dessa återvunna kalkmaterial än i primärkalk. Vidare visarresultaten av försöken i laboratorieskala med neutralisering av surt avfallsvatten att sekundära kalkmaterial framgångsrikt kan användas för att markant höja pH-värdet och minska halten Cr, Fe, Ni, Mo och Zn. Resultaten från de initiala experimentella försöken i industriell skala med användning av hydrochar från blandat organiskt bio slam och från grönt avfall visade att de flesta teknologiska parametrarna i masugnsprocessen, såsom produktionshastighet för råjärn, mängd damm, bränsleåtgång,mängden injicerat kol, mängden slagg, FeO-halten i slagg och % C och % P i råjärnet i de experimentella försöken var väldigt lika jämfört med referensperioderna (två dagar före och två dagar efter försöken) utan dessa nya innovativa material. Det bevisades således att hydrochar från olika typer av organiska rester kunde användas för metallurgiska tillämpningar även om ersättningsnivån var väldigt låg och längre försökskampanjer krävs för att få mer tillförlitliga resultat. Dessutom visar resultaten från den här studien att slagg från AOD-konvertrar kan användas som bindemedel för brikettering av dessa återvunna kalkmaterial. Dessa resultat visar att avfall/biprodukter från två av Sverige största basindustrier kan användas för att göra metallurgiska briketter och förena två stora industrisektorer i en cirkulär symbios mot en mer hållbar framtid.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-295285